Шпиндельный узел

(23) Приоритет -дарственный комнте СССР 8. Бюллетень Мо 47 Опубликовано 23. Дата опубликован ДК 621.941,3 (088.8) на делам нэовретеннй и открытий,1 Я т альное конструкторское бюро:линий и агрегатных станковтанкостроительнььй институт ь%кд Московское сп автоматическ и Московски(71) Заявит ЬНЫЙ УЗЕЛ 54) Изобретение относится к станкостроеььььк и может найти применение, например во фрезерных станках,Известны шпиндельные узлы, в которых шиинлель, расположенный в радиально-упорнььх гььдростатььческььх уьолцьипниках, выполнен в виде поршня, торцы которого упиранэтся в крайних положениях в упорные подшипники, образованные торцами поршня и корпуса цилиндра. Поэтому эффекгивнау ьь.ьоьььаль поршня более эффективной пло; шали упорного подьнипника, Чтобы исключить опасцый нецосредственныи контакт торцов шпинлеля и цилиндра, давление питания раоочцх полостей гидропривола должно быть меньше давления питания упорных под. шипннков 11.Однако это усложняет систему питания 1 такого узла (необходимы два источника разных давлений) и снижает его надежность из-за возможных аварий при контакте торца вращакнцегося шпинделя-поршня с торцом ьшлинлра.Наибьолес близким к предлагаемому яв- И ляется шцнц ьельцый узел с гилроцилинлром осевых перемещений шпинделя, вььполненного в вьь гс цорьпця этого гилроцилиндра и размеьценного в гидростатических подшипниках. Этот узел обеспечивает точные вращения и осевые ььерсмеьцеььия шпинделя в гид. .ростатических опорах. Упорные подшипни-. ки в нем расположены в рабочих полостях гидроць:диндра и взаимодействуют непосредственно с торцами поршня. При этом несущая поверхность упорного подшипника .расположена межлу торцами цилиндричес- ких поверхностей, определяю 1 ьсих эффективную плоьцадь поршня 121.Однако эффективная площадь упорного подшипника меньше эффективной площади поршня. Слеловательно, давление в полостях гидроцилинлра должно быть меньше давления питания гидростатических опор. Это усложняет систему питания узла (необходимы источники разнььх давлений) и служит причиной аварий из-за контакта поршня с подшипниками при равенстве этих давлений, что может произойти из-за неисправности в системе гидропривола. Кроме того, уплотняющие зазоры поршня образованы при этом цИлиндрическими поверхностями большого диаметра, что велет к большим но. терям на жидкостььое трение в этих зазорах при.враьценин шпинделя и к авариям из-затемпературных деформаций. Смазка из упорных подшипников вытекает в рабочие полости гилропринола, так что давление в этихполостях снижает нееушую способность подшипника. Таким образом, известная конструкция сложна и имеет относительно низкие эксплуатационные качества,Цель изобретения - - упрои 1 ение системыпитания узла, повышение его экономичности,надежности и жесткости.Указанная цель достигается тем, что упор.цые подшипники расположены вне рабочихполостей гилроцнлинлра, эффективная плошадь поршня которого в каждой рабочейполости меньше эффективной площади упорного лолшипника, причем каждый из под.винников взаимодействует с соответствующей рабочей полостью гнлроцилиндра.Упорные подшипники выполнены на торца,х перелцей опоры шпинделя, а полостигцлроцилиндра - в задней опоре.Эффективная плошадь поршня в каж.лой рабочей полости гидроцилинлра в 1,5 - 5ряз меньше эффективной площади соответствукпцего упорного подшипника.Сугццость настоящего предложения заключается в том, что цилиндр перемещениярасположен в задней опоре шпинделя, аупорные гилростатцческие подшипникиця торцах передней опоры.Ьлягодяря отделению гидроцилиндраперемещения шпинделя от упорных полшип.ников появилась возможность эффективнуюплошадь поршня выбрать с таким расчетом,чтобы питание цилиндра и гидростатическихполшипццков производилось одним лавлеццем. Потери давления на дросселе упорно.г о полшипника компенсируются увеличенной эффективной плошадью подшипника посравнению с эффективной плошалью порш.ця. При возможном изменении питающегодавления одновременно меняется и усилиеприжима шпинлеля к подшипнику и несугцдя способность подшипника. Поэтому кон.такта врящяюшихся поверхностей с неподвижцычи, что привело бы к аварийной ситуации, це возникает.1 а чертеже изображен шпиндельныйузел, разрез,Шцццлельный узел содержит шпиндель 1.,расположенный в гидростатических оло.рях 2, 3, и гилроцилиндр осевых перемещений шпццлеля, состоящий из,полостей 4, 5,в которых поршнями являются втулка б изубчатое колесо 7, закрепленные на шпиц.леле 1.Упорные подшипники выполнены на торцах 8, 9 передней опоры 2, а полости 4, 5гцдроцилинлра - в задней опоре 3.Упорный подшипник 8 включается в работу при поляче давления в полость 5 гидроцилццлра, подшипник 9 - . при подачедавления в полость 4 гидроццлицлра,Шпиндель 1 с торцовой фрезой 10, обрабатывающей деталь 11. расположен с зазо.50 гле К - постоянная, зависящая от длиныи ширины перемычек, ограничивавших кар.мац упорного подшцйцикя. 11 олаипник обыч. ром в передней 2 и задней 3 гилростатйчес.цих опорах, закрепленных в корпусе 12. Гередняя опора 2 содержит несущие карманы 13 переднего радиального и 14, 15 упорных противоположно направленных подшипни.ков одностороннего действия. Задняя опора 3 солержит несущие карманы 16 заднего радиального подшипника, Каждый несущий карман гидростатнческого полшилника соединен с источником давления Рн через дрос сель 17, Карман 14, 15 упорных подшипников 8, 9 сопряжены соответственно торцом 18 фланца шпинделя и торцом 19 втулки 6.Полости 4 и 5 отделены от окружаюшеи 15среды уплотняюшими зазорами 20 и 21, а от заднего подшипника - уплотняюшими зазорами 22 и 23, выходящими в кольцевые дренажные канавки 24. Полости 4 и 5 соединены с устройством управления 25, которое, в свою очередь, соединено .с источни ком давления Рн и со сливом.Зубчатое колесо 7 сцеплено с ведущимколесом 26, приводимым в лвижение от привода вращения шпцнлельцого узла (ня чертеже не показан).Узел работает слелуюшим образом.При включении лавления Рн, смазкачерез лроссели 17 попялает в несущие карманы 13, 16 радиальных и 14, 5 упорных гидростатических подшипников, из которых через зазоры вытекает в дренажные полости, а затем в слив. При этом слой смазки в подшипниках отделяет шпиц,Аль 1 от опор 2 и 3. Зубчатое колесо 26 вращает колесо 7 и шпиндель 1 с фрезой 1 О. Устройство управления 25 соединяет полость 4 с источни.ком давления Рн, полость 5 - со сливом.При этом в полости 4, благодаря уплотцяюгцему действшо зазоров 20 и 22, возникает лавленце Рц, а в полости 5 оно падает до нуля, 11 орцен б выдавливается лавлецием из полости 4 и шпиндель движется влево до тех пор, пока торец 9 не закроет кар ман 15 ц давление в нем не уравновеситосевое усилие гцд 1)оцилицлрд. Целесообразно эффективную плошадь Г,поршня выбирать в соответствии с выражениемРк 1 + Вас15и ксгле Рк - эффективная плошадь упорногоподшипника;Йнк Й -гидравлические сопротивлениянк 1 кссоответственно дросселя 17 ця входе в несущий карман упорного подшипника и зазора Ьна выходе смазки из кармана упор.ного подшипника при отсутствии внешней осевой нагрузки на шпиндель;нкЬ-р -параметр настройки подшипника.55 кс бСледует иметь в виду, что Ккс = )х Ьо891226 Фориула изобретения г(7 ггЛ М Л Д Г 7 гЮ Составите.ть К) Коро,Техрел Л. БойкасТираж 1151И Государственного комиделам изобретений и оосква, Ж - 35, РаушскаяПатент, г. Ужгород,саКоррек со11 оапнтета СССткрытнйнаб., д.ул. Проект Редакто) А,(11 андорЗаказ О 10 В 5 /12ВНИИПно13035, Мфилиал ППП. Решетниое 4/5ная, 4 но настроен оптимально при и = 0,5 - 4, поэтому Гк = 11,55) 1 иМежду торцами 9 и 19 устанавливается зазор 1)о. В этом положении фреза 10 обрабатывает излелц; 11. После завершения обработки устройство 25 соединяет полость 4 со сливом и полость 5 - с источником давления Рн. При этом шпиндельотводится назад (вправо) на величину хода Н, пока торец 18 не закроет карман 14 и давление в кармане не уравновесит осевое усилие гидроцилиндра. Между торцами 8 и 18 становится зазор то.Шпиндель 1 отводит фрезу 10 от летали 11 на величину Н лля смены изделия, лструмента или лля обработки при солнятой на величину Н поверхность.Расположение упорных по.шицников вне рабочих полостей гцдроццлис 1 лрд шпинлельного узла позволяет упростить .цстему питания, так как гилропрцвол и гцлростдтические опоры цспицлеля псстдются источником одного лавлецся Рц. При этом исключается вероятность возникновения непосредственного контакта торцов упорных цолшипников в крайних вдоль осц положениях шцин" леля,что повышает надежность работы узла, Кроме того, уменьшение по сравнению с упорным полшцпциком лцаметра поршня гидропривола сокращает потери цажцлкостное трение, в уплотняюсцих зазорах ц изменение послелних из-зд нагрева. Это це только повышает экономичность узла, цо ц повышает жесткость, тдк кдк зазоры в подшипниках могут быть уменьшеньс,. Шпцнлельный узел с гцлроццлцнлромосевых переме(цений, испцнлеля, несугцего поршня эт)го гилроцилццлра и размещец.ного в гилростдтических пол(ципникдх, отличаюи(ийсл тем, что, с целью упрощения системь 1 пцтдцця узла, ц повышения надежности, экономичности и жс .ткостц узла, упорные полшццпикц расположены вне ра.10 бочих полостей гилроццл ц цдрд, эффектц в.ная плосцддь поршня которого в кажлои рд.оочей полости меньше эффективной площд.ди упорного цолшцпццкд, причем кджлыц из подшипников взаимодействует с соответствуюцгсй рабочей полостью гилроццлццлрд. 2. Узел по п. 1, от,сссчспосс(сс(1 сл тем, чгоунорцц( полшцпнцкц выполнены нд торцах передней опоры шпинлеля, а полости гцлро.20 цилиндра -- в здлней опоре.3. Узел по и. 1, от,сичан)щайгл тем, чтоэффектцццдн плсццаль поршня в каждой рдбочец полости гцлроиилцнлра в 1,5 - 5 раз меньше эффективной площади соответствчоц 1 есо усшрцого полпгппнцкд.25 1 сточццкц ццформапци,црццятце во вццмднце прц экспертизе . Разработкд ц прцмсцсцце гцлростатцческцх опор в металлорежуппсх станках.30 -)бзорь 1 НИИМ 41 И, 1972. с. 88 рцс. 35.12. Авторскссе свидетельство (.:(:(:Р